CN1240076A - 通过在粗同步期间使用迟－早检测来改进接收机与发射机的同步 - Google Patents

Abstract

用于使接收机(例如可在蜂窝通信系统(10)中工作的无线电话(24))与发射机同步的同步方法和装置。同步信号在控制信号的复帧(MF)中发射到接收机，接收机在上电时检测非差分数字比特流并且将比特分为连续的离散部分或仓(b)。在每一个这样的部分中计算累计能量，并且计算落入同步突发图样中的那些部分的空间分布量度(M)。还计算相邻部分的空间分布量度。尽管在传输中会出现其它高功率突发，依然可以通过给定部分和给定部分前后的部分之差，将差分量度(D)用于更好地预测复帧边界的出现，从而促进同步。

Description

通过在粗同步期间使用迟-早检测来改进接收机 与发射机的同步

本发明一般涉及用于使接收机(例如可在蜂窝通信系统中工作的无线电话)与向接收机发射信号的发射机同步的同步方法和装置。具体地，本发明涉及这样一种同步方法和相关电路，其中向接收机发射经过数字编码的同步信号并且接收机使用该同步信号来使接收机与发射机同步。更具体地，本发明涉及这样一种同步方法和相关电路，其中通过使用迟-早检测而使在出现其它高功率非同步突发的情况下所尝试的同步得以改进或成为可能。

该同步信号的特征是允许接收机通过降低了复杂度的相关处理来对它们进行检测。接收机的同步是快速完成的，只要求进行减少的几次计算来检测同步信号。

同步信号有很高的余量以便接收机当信号在具有高度衰减或多径失真的通信信道上发射时也能对它们进行检测。因为同步信号是数字编码的，所以信号可以用几种常规蜂窝通信系统中使用的时分复用(TDM)通信方案发射。因此，本发明有利地体现在蜂窝通信系统例如陆地蜂窝通信系统或卫星蜂窝通信系统中。当蜂窝网络基站在选中的时隙中向无线电话发射以形成在控制信道上产生的控制信号部分时，无线电话响应对同步信号的检测而实现与发射机同步，从而接收控制信号的其它部分和数据或语音信道上产生的其它信号。

发明的背景

通信系统至少由通信信道互连的发射机和接收机构成。发射机发射的通信信号是在通信信道上发射从而被接收机接收的。

无线通信系统是一个其中的通信信道是由电磁频谱的一个或多个频带构成的通信系统。因为不要求在发射机和接收机之间形成固定或硬线连接，无线通信系统可以方便地用于这种固定或硬线连接不方便或不实用的情况。

蜂窝通信系统是一种无线通信系统。当蜂窝通信系统的基础设施(在下文中称为网络)在整个地理区域中安装完毕后，当蜂窝系统的用户位于系统包围的地理区域中的任何位置时，通常都能够在系统中进行电话通信。

尽管常规的陆地蜂窝通信网已经在全球的相当一部分中安装，当然也有一些区域没有这样的网络。例如，在低人口密度地区，陆地蜂窝通信网络可能不是商业上可行的。同时，现有陆地蜂窝网络也是根据各种不同标准建造的。

可以工作在一种通信系统中的无线电话，即手持或蜂窝电话，有时不能在其它系统中工作。即使在已经安装了蜂窝网络的区域中，如果用户试图使用仅为在另一种蜂窝通信网使用而构造的无线电话，该用户仍可能不能进行通信。

被设计成通过地球静止卫星提供电话覆盖的卫星蜂窝通信系统(如东南亚国家联盟(ASEAN)蜂窝卫星(ACeS)系统)已经提出：其在实现后将允许用户几乎在任何位置通过卫星蜂窝通信系统进行电话通信。通过在基于卫星的收发机和无线电话之间发射下行链路信号以及在无线电话和基于卫星的收发机之间发射上行链路信号，在无线电话和基于卫星的收发机之间将可以进行电话通信。通过在基于卫星的收发机和地面站之间实现附加通信链路，无线电话的用户将能够通过地面站和基于卫星的收发机与另一方进行电话通信。

由于数字通信技术固有的效率，很多已经安装的蜂窝通信网已经转换为使用数字通信技术，并且很多新提出的蜂窝通信系统(如ACeS系统)也被设计为使用数字通信技术。其它通信系统类似地使用、或计划转换为使用数字通信技术。

为了正确操作，特别是当通信系统使用数字通信技术时，无线电话必须与蜂窝通信网的网站同步。按照惯例，网站向无线电话发射同步信号以便无线电话与网站同步。其它通信系统出于类似目的而类似地使用常规同步信号。

在TDM通信系统如时分多址(TDMA)系统中，通信是使用帧来实现的。在TDMA中，给定的频带被分为一系列离散帧，每一个帧中具有一系列离散的时隙，每个时隙被不同的用户使用。虽然很多系统使用每帧8时隙，但是ACeS为每个时隙提供多个用户，实际上称为16-或32-时隙系统。在每个时隙中，信息可以根据具体的数字比特位置以突发的形式发射。普通突发是语音或数据信息的传输。其它突发类型包括高功率同步突发，成组的这种突发形成前述同步信号，优选地不均衡地跨越复帧中的多帧，即ACeS系统中的102连续帧。然而，这种信号中的初始高功率同步突发被放置在复帧中第一帧的开始，表示复帧的边界，而其它构成高功率广播突发的同步突发(通常是3个)则不均衡地位于复帧中与初始同步突发有已知偏移的位置。

然而，很显然，无线电话或蜂窝电话在初始上电时与发射机发射的数字比特流是不同步的，并且必须在那个比特流中捕获复帧边界，即，初始同步突发的开始。一旦发现第一同步突发和复帧边界，接收机就可以很快地与传输同步。然而，传输的很多复帧可能会发散，即使未出现干扰信号，在获得同步之前也要完成大量处理步骤。

按照惯例要进行两种同步：粗同步和细同步。粗同步用于将选择的比特流限窄在希望包含初始高功率同步突发(即复帧边界)的连续比特的特定部分。然后细同步通过将所选的连续比特段与一个比特图样相关或匹配并且逐比特移位该(比特)段直到获得相关或同步，从而来确定初始同步突发在那个部分中的确切位置。然而，本发明的焦点是更快地获得粗同步。

除同步突发以外，数字比特流中还会出现干扰粗同步过程的其它高功率突发。例如，特别是在ACeS环境中，可能会出现高功率寻呼突发以用于联系难以到达的用户。在比特流中出现的这些其它的高功率非同步突发会使同步的捕获变得复杂。

然而不管在发射的比特流中会出现这些其它非同步高功率突发，要求更少的处理步骤和时间获得同步的方法都将是有利的。

一种减少处理步骤而使接收机与发射机同步的技术(如蜂窝通信系统中的移动或手持电话)，是在粗同步期间使用功率分布(powerprofile)方法，这将在后面更充分地讨论。具体地，功率分布技术在多个仓(bin)、即时隙的子单元的每一个中计算累计能量，并且通过使用高功率同步突发之间间隔的先验知识，合并仓中累计的能量，确定正确的复帧边界并且藉此促进同步。例如，在信噪(C/N)比等于-10dB时，噪声方差是信号强度的10倍，已经发现使用前述功率分布方法，可使电话在10个复帧中获得粗同步。因此，获得同步所需的时间大约是4.7秒(10×0.47秒每ACeS复帧)。

但是，前述功率分布方法的一个问题是当同一载波上发射的其它非同步突发具有相同的功率电平时根本不能获得同步。例如，在ACeS卫星系统中，信道功率是受限的，并且使用正常功率可能很难寻呼用户。因此，常常需要高功率寻呼能力，而当在相同载波上出现所有高功率突发时，问题就出现了。困难在于接收机不能区别高功率同步(HPS)突发和高功率寻呼或广播突发。使用前述功率量度的接收机的工作会变得混乱，不能识别复帧边界，因此不能同步。

在这个问题的一种解决方案中，使用不同的载波以便无线电话在一个载波上获得同步并在其它载波上得到高功率控制信道消息。然而，这要求无线电话在休眠模式操作期间也要切换频率。另外，对于覆盖轻业务量区域的发射波束，很可能在该区域只有一个可用的载波。在这种情况下，前述功率分布方法将不能工作，因为所有控制信道不得不在相同的载波上。

因此，本发明的一个目的是提供在低信噪比时提高同步性能的技术，在同一控制信道载波上大量其它高功率突发共存的情况下也能获得粗同步。

本发明的一个更具体的目的是以更高的精度确定高功率同步突发的开始序列。

本发明的另一个目的是通过使用迟-早检测、更具体地通过对接收信号中的部分和接收信号中的前后部分进行比较来更好地识别复帧边界，从而实现前述的改进了的粗同步。

发明概要

本发明有利地提供一种用于获得发射机与接收机(例如可工作在蜂窝通信系统中的无线电话)的粗同步的改进的同步方法和相关电路。

数字编码的同步信号在传输复帧中以间隔的图样发射，其第一部分包含同步信号的开始。接收机通过使用迟-早检测使它自身与这些信号同步，这样尽管出现来自其它控制信道的非同步高功率突发，同步也是可能的。更具体地，可以获得候选的同步开始信号的能量量度，并且将该能量量度与传输信号的相关偏移的以前(早)和后续(迟)的能量量度进行比较，以便确定该候选信号是否是真正的标志着复帧边界的同步信号开始。

本发明的电路和它相关的同步方法可以很方便地用于蜂窝通信系统以使在其中工作的无线电话与网站同步。在陆地蜂窝通信系统中，同步信号是作为蜂窝基站产生的控制信号的一部分发射到无线电话的。在卫星蜂窝通信系统中，同步信号构成网络控制中心产生的控制信号的一部分，并且是通过基于卫星的收发机发射到无线电话的。在这两种情况下，接收装置使用本发明的迟-早检测量度来提高同步精度，藉此降低同步所需的时间。

因此，在本发明的这些和其它方面中，一种方法和相关的电路可以使接收机与发射机同步，其中接收机和发射机是通过通信信道连接的。控制信号从发射机通过通信信道发射。控制信号根据复帧格式格式化，并且在其中包括同步信号。在接收机检测构成控制信号的数字比特流，并且通过计算其中的累计能量分析其中的一个部分。然后，计算前述迟-早检测，确定该部分是否真正是同步信号的开始，即复帧边界。如果发现是同步开始信号，就使用同步信号和复帧边界来使接收机与发射机以及从发射机那里发射的控制信号同步。

通过下面简要概述的附图、本发明目前优选的实施例的详细描述、以及附属的权利要求书，可以对本发明及其范畴获得更彻底的理解。

附图的简要描述

图1说明表达本发明一个实施例的电路和方法的卫星蜂窝通信系统的功能框图；

图2是说明控制信道复帧的成分的框图；

图3A说明在控制信道复帧的一部分中的所发射的控制信号的功率电平序列；

图3B是在没有加性高斯白噪声时所接收的图3A的功率电平信号图；

图3C是接收的图3A和3B的功率电平信号图；

图4A是图3A-3C的功率电平信号的空间分布量度值图；

图4B是在图4A的空间分布量度值基础上的迟-早量度值图；

图5说明根据本发明的一个实施例的无线电话的一部分的功能框图。

本发明的详细描述

首先参考图1，由10总体表示的卫星蜂窝通信系统包括本发明实施例的电路和实现方法。在所说明的实施例的通信系统10构成卫星蜂窝通信系统的同时，一开始就应该理解本发明的电路和方法可以类似地表达为其它类型的通信系统，包括诸如陆地蜂窝通信系统或其它类型的无线电话通信系统。

通信系统10包括连接到有线电话网的地面站10。这个连接在图中由地面站32延伸出的线14表示。

地面站12包括与基于卫星的收发机16之间互相收发通信信号的收发机电路。基于卫星的收发机不但可以与地面站12而且可以与其它基于陆地的装置如网络控制中心18的收发机电路之间互相收发通信信号。收发机16在这里主要用作中继站，将地面站12产生的信号中继到网络控制中心18，反之亦然。收发机16优选地还包括控制电路，允许在其上向收发机16发射信号的频道被进行中继，以及被加以改变，从而最有效地利用通信系统10中为通信分配的频道。

网络控制中心18的收发机电路能够与其它基于卫星的收发机、如收发机22之间互相收发通信信号。与收发机16类似的收发机22与包括诸如手持电话或蜂窝电话24在内的基于陆地的收发机之间互相收发通信信号。同样，收发机22主要用于中继发射给它的通信信号，并且它同样优选地包括控制电路，用于选择将向它发射的信号中继到其它通信站的频道。

根据通信系统10的通信允许手持电话的用户位于全球广大区域中的任何位置时进行电话通信。只要无线电话24的用户位于允许与基于卫星的收发机传输并接收通信信号的位置，用户就能够与另一部无线电话的用户或常规有线网络的电话装置进行电话通信。

但是，为了正确操作，无线电话24必须与蜂窝网络同步。一旦正确同步，就可以在无线电话和蜂窝网络之间进行语音或其它通信。

可以使用线性功率分布方法获得接收机(如无线电话24)与发射站(如蜂窝网络)之间的粗同步。根据这种方法，计算构成同步图样的多个仓中的离散功率抽样的总和，并且通过分析高功率同步突发之间的空间，确定传输复帧之间的边界并获得同步。

本发明的通信系统10所示范的卫星通信系统与相关申请(即一个在通信系统的卫星和无线电话24之间发射功率信号的通信系统)中的描述相似。因此，信噪功率比C/N典型的是一个相对低的值。如果无线电话的天线不是定向地检测向它发射的最佳信号，无线电话实际接收信号的信噪比更要降低。在所提出的ACeS卫星蜂窝通信系统中，要求所发射的寻呼信号在平均加性高斯白噪声(AWGN)上有30dB的余量。一般，这种要求相当于检测具有大约-10dB C/N比的寻呼信号的无线电话灵敏度。因为无线电话必须与蜂窝网同步以正确接收寻呼信号，通信系统要求具有高余量同步能力，以在出现这些其它高功率非同步信号时实现同步。

向无线电话发射的高功率同步(HPS)突发使得无线电话能够与网络同步。在本发明的优选实施例中，同步一般是两步处理。首先实现粗同步，其后完成细同步。粗同步期间，每个复帧中的一个或多个HPS突发允许无线电话的同步到同步的第一级。在随后的细同步期间，就可以在单一符号比特内捕获；同时提供更精确的频偏。虽然不是排它的，但是本发明的首先考虑的主题是快速精确地获得粗同步，而且不论在复帧中是否出现无关的高功率突发。

当无线电话24加电时，该装置就开始粗同步程序。粗同步处理将时间(和频率)的不确定性降低到一个选定的等级，这又接下来降低了完成细同步所需的操作数目。在一个实施例中，无线电话在加电时搜索所有可能的主载波。主载波是可以复接控制信道的载波。在另一个实施例中，假设无线电话在接收寻呼信号以前已经使用标称控制信道在一个地区中预登记。

在任何一个实施例中，系统同步都是使用高功率同步(HPS)突发实现的，该突发包括传输的每个复帧中的预定图样的同步突发。突发和其它控制信道以及业务信道(如广播控制信道(BCCH)上的高功率广播信号、寻呼信道或其它传输信道)是时分复用的。

虽然在提出了快速并且在高余量上促进检测完成粗同步的该相关申请中阐述了功率分布方法，但是本发明所针对的是进一步改进这种技术，藉此在出现这些其它干扰高功率突发问题的情况下也能获得同步。

在ACeS提出的空中接口规范中，传输中的每个复帧有4个高功率、不均衡分布的同步突发(HPS)，用于初始粗同步，该初始同步突发出现在复帧边界。但是，需要注意，ACeS系统中的每个复帧也必须在同一个载波上提供其它高功率突发，例如用作警告处于那些不良信道状态地区的用户的高功率寻呼突发(HPA)。当把所有这些高功率突发(即HPA和其它)与HPS突发放在同一个载波上并且希望给定的无线电话24可以从HPS突发单独获得粗同步而不受载波上出现的各种其它高功率突发的影响时，会带来问题。然而，应该理解，每个复帧中的同步突发可以包括HPS和广播信道(BCCH)上的高功率广播突发或HPB突发，例如，一个标志复帧边界的HPB突发和三个作为HPS突发分散在复帧中的HPB突发。

本发明使用迟-早检测算法或量度来寻求解决这个问题，该算法分析检测的高功率突发的空间分布以确定同步的开始，它接下来再确定复帧的开始，然后接下来再将接收机定向到发射机。构成控制信号的被检测的比特流的特定部分(如仓)被选作假想开始点，即复帧边界，并且累计其中(以及各自时隙中的其它仓中)的能量。根据已知的不均衡的同步突发间隔图样、跨越复帧与假想仓相隔的那些仓(和时隙)的能量也被累计。即使累计的能量可能会很大、代表着所讨论的每个仓和时隙中的高功率突发，所选的部分仍可能不是复帧的开始，因为前述的其它高功率突发可以与同步图样很接近。

为了确保所选的部分真正是复帧边界，要在控制信号的其它部分上完成类似的能量累计或求和。具体地，根据同步突发间隔图样，在选定图样的每一边的相隔给定距离的仓上进行相同的能量累计，并且比较能量累计。通过使用这种下面更详细描述的迟-早检测，可以获得提高精度并且具有更少误检的粗同步。另外，不管在HPA信道上是否共存着其它高功率突发，以及HPA信道是否重或轻负荷，都可以改进同步。

本发明的迟-早检测方法允许在相同信道载波上出现这些其它高功率突发的情况下同步，这是依靠这些其它高功率突发所具有的邻近原则的概念，即根据传输信号的时隙、帧和复帧中的突发结构，非同步突发信号将以一种均匀的方式分布在控制信号的传输流中。例如，通常跨越特定的时隙重复的一个或多个高功率寻呼信号，可能会偶然模仿同步突发间隔，并且产生错误的同步选择。

如果这些其它突发是相邻的，它们中的每一个都将在给定的时隙中跨越多个相邻帧，例如，时隙i的帧j，j＋P，j＋2P，…，j＋(N－1)P，其中N表示给定消息中突发或帧的数目，而P表示突发之间的间隔，即每个离散突发相隔的时隙数，由于是多用户，在ACeS中可以是2或4。

图2表示复帧MF，其中帧F₀，F₂₃，F₂₄和F₂₅更详细地表示。同时还示出了每一帧F中的时隙A₀，A₁，…A₇，和一些表示了4个仓b₀，b₁，b₂，和b₃的时隙的扩展视图，每个仓中包含多个信号比特。根据前述的邻近原则，如果在给定的时隙中(例如帧F₂₄中的A₆，更具体的是在那个时隙的b₀-b₃中)发现高功率寻呼突发，那么在其它相关的邻近帧中的相应时隙位置，例如在帧F₂₄前后分别发射的相邻帧F₂₃和F₂₅中的时隙A₆，可能会发现与时隙A₆中的突发相关的其它突发。例如，如果在帧F₂₄的时隙A₆中发射寻呼消息(HPA)，那么邻近帧F₂₃和F₂₅也包含寻呼消息的其它部分。如果帧F₂₄，时隙A₆是寻呼消息的开始，那么帧F₂₅中的相应时隙很可能包含寻呼的后续部分。然而，同步突发(HPS)优选地根据具体图样不均衡地扩展在整个复帧MF中，并且是在不相邻的帧中，优选地在那些帧中的相同时隙。但是，应该理解HPS可以处在相应帧中的不同时隙。无论何种情况，相应的同步突发图样优选地不符合邻近原则。然而，应该理解，接收机检测到的控制信号信息的数字比特流是非差分的比特流，可优选地选择成组的比特流(等价于仓)逐一进行分析。具体地，可计算每个各自选定部分(或仓l)中的累计能量。例如，r_i表示给定部分或仓l的接收信号抽样，则给定仓l(B₁)的累计能量由下式计算： $B_l=\underset{i=x}{\overset{y}{\mathrm{\Σ}}}{{|r}_i|}^2---\left(1\right)$ 其中求和是在各自的比特上的给定仓l的接收信号抽样上进行的，即，从开始仓l的初始比特x，到终止仓比特y。因此，B₀，B₁，…B_L－1，分别表示与仓0，1，…和L－1相关的仓量度或能量，其中L表示复帧MF中仓的总数。在图2所示的复帧MF中，L＝3,264(102帧/复帧×8时隙/帧×4仓/slot)。注意，假定图2所示的开始仓i，即第一高功率同步突发的第一仓，例如帧F₀，时隙A₀中的仓b₀是标志复帧的开始同步突发的正确选择。

另外，可以根据下式计算给定仓l(B₁)中的累计能量： $B_l=\underset{x}{\overset{y}{\∫}}{\left|r\left(t\right)\right|}^2\mathrm{dt}---\left(2\right)$ 其中积分在仓l的时间间隔上进行，即从其中的比特x到比特y，而其中r是接收信号抽样在所述间隔上的时间的函数。

根据本发明的优选实施例，使用下式计算选定的仓i的空间分布量度(M)： $M_i=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{(i+j+S_n)\mathrm{mod}L}---\left(3\right)$ 其中N表示复帧MF中同步突发的个数，而n是求和计数器，例如在图2所示的例子中N＝4，其中K表示每个时隙中仓的个数，即在图2所示例子中是4，j是从0到K－1的求和计数器，其中S₀，S₁，S₂和S₃表示从帧F₀中的初始仓0(N＝4)得知的仓间隔(S_n)，其中S₀＝0，并且S₁，S₂和S₃优选地在复帧MF的间隔是不均衡的。举例而言，如果第二同步序列在帧F₂₄，时隙A₀中，那么S₁＝768。公式(3)中的“mod L”操作假设一个正确的环绕(wrap-around)，即，如果和i＋j＋S_n大于L(在ACeS中是3,264)，那么就从和中减去L(或其倍数)。

因此，如果仓I是第一高功率同步突发中的第一仓，那么该时隙中的部分或全部后续仓，即仓i＋1，…I＋K－1，也应该具有大值的B量度。再参考图2，如果选中的仓i在帧F₀，时隙A₀中，构成同步的实际开始，那么该时隙中的每个仓b₀，b₁，b₂和b₃都将具有高能量值。

注意，4个同步突发(例如在帧F₀，F₂₄，F₅₀和F₇₅中的时隙A₀中)在复帧MF中的间隔是不均衡的，以便从其它突发中区分同步信号。所选的作为假想同步信号的开始的特定仓i和其后的同步突发间隔已知的距离，量度(M)对所有这些能量求和以确定它们所包含的能量也是高的，指示该选择是同步信号开始的一个好候选者。

然而，如果控制信号的一个部分从例如帧F₂₄，时隙A₄或其附近开始，则仓b₀被错误地选作仓i，那么该选择的空间分布量度(M)很可能是低的，因为从该开始标志(即错误的仓i)的仓能量累计很可能不会落入高功率同步突发的已知位置。

虽然使用上述量度M_i有助于预测是否已经正确地选择了给定的仓i，但是显然在某些情况下(例如繁忙控制业务或寻呼)可能会发生错误，量度M_i是高的却错误地预测了该假想的仓i是正确的。因此，另一种根据本发明的迟-早检测确证上述判断产生的量度将使用下式来检验正确性并提高候选选择的精度：

        D_i＝(M_i－M_{(i－KWP mod L)})＋(M_i－M_{(i＋KWP mod L)})    (4)

其中W表示每帧的时隙数。乘积KWP以L为模以计算环绕。

这种迟-早量度(D_i)使用相同的已知同步突发间隔S_n将假想仓i的空间分布量度M_i与P帧前计算的同样量度(即M_{(i－KWP mod L)})与P帧后计算的同样量度(即M_{(i＋KWP mod L)})进行比较。换句话说，迟-早量度(D_i)进一步检查假想的选择以便确定是否是一组高功率非同步突发与正确的同步间隔类似，结果假想的选择是错误的。如果前述相应迟-早仓的空间分布量度是低的，那么假想仓选择的高值迟-早量度(D_i)则指示：所选的仓i作为同步开始信号的一部分很可能是正确的。相反，如果迟-早空间分布量度与M_i一样高，那么等式(4)的差值的和将是低的，这样指示仓i可能不是同步开始的一个合适候选，并且应该选择另一个假想仓i并且重新执行上面的测试。

在本发明的一个实施例中，来自控制信号的比特流被分为几倍仓大小的部分，例如对于102帧复帧至少是3,264个这样的部分，并且对每一个来计算空间分布量度M_i。在这种计算后，很容易对每个假想仓i计算迟-早量度(D_i)以便确定该空间分布量度(和仓i)具有最大值，即最大差值。

已经发现，使用M_i和D_i量度，可以确证所选的仓i作为初始同步仓是高度精确的。实验表示，使用本发明前述的迟-早检测，以3秒钟的同步时间，可以在C/N＝-10dB的情况下获得99％的准确度。因此，即使出现多个独立的其它高功率突发(如寻呼)也可以同步，这些高功率突发可能出现在每个同步突发周围，并且它们的组合可能和同步突发的图样相似。使用本发明的上述迟-早检测方法，可以更好地检测正确的初始同步突发，降低错误检测的可能性。

图3和4说明了本发明的迟-早检测量度在选择正确假想仓i中的用途。图3A，3B和3C分别相应衰落信号和接收信号给出控制信道传输信号的一部分上的功率电平测量。标记26a，26b，26c和26d相应于图2所示的复帧MF，在各自的复帧中分别标出高功率同步突发的信号中的位置。第一标记26a表示复帧边界处的HPS突发，即帧F₀，时隙A₀，仓0。前一复帧的一部分在标记26a之前。其它同步突发(优选的是广播信道上的HPB突发)位于帧24，时隙0(S₁＝768)，标记26b；帧50，时隙0(S₁＝1600)，标记26c；和帧75，时隙0(S₁＝2,400)，标记26d。

进一步参考图3A，它在紧接着初始高功率同步突发(标记26a)之后示出了5个低电平功率突发，举例表示广播业务信道的一般传输功率电平。而复帧中的剩余传输，即帧6-101，说明处处伴随高功率寻呼突发出现繁重寻呼的情况。因此，该信道是满负荷的。进一步参考图3B和3C，它表示HPS突发淹没在背景中的情况。另外，如图3C所示，由于C/N是-10dB，噪声成分是占优势的。换句话说，噪声成分的方差是信号成分的10倍，并且不能从噪声中区分复帧边界。

图4A表示通过公式(2)计算的空间分布量度的值M_i。标记26a表示复帧边界，图3B中的接收控制信号流中所丢失的表示复帧边界的标记26a同样也将被丢失在空间分布值中。从图4a可以清楚看出，单独空间分布检测并不能在有噪声的信道中定位复帧边界，而是需要一些额外信息来正确的确定复帧边界。图4B表示通过公式(3)计算的迟-早检测量度D_i的值。从图4B中可以清楚看出复帧边界的标记26a非常显著并且很容易检测，这表示根据本发明计算的差分量度对于在传输流中出现大量其它高功率突发的情况下捕获同步是特别有用的。

现在参考附图的图5，它表示无线电话24(如蜂窝电话)的一部分的框图，该部分接收诸如图1所示的网络控制中心18通过收发机22向它发射的控制信号。无线电话24包括接收机电路27，它可以加以调谐以便通过天线28检测并接收向无线电话发射的信号。代表接收信号的信号被送到选择器30，该选择器选择入接收信号的部分以供分析。具体地，选择器30将控制信号分为供独立处理的各个连续部分，这将在下面描述。然而应该理解，选择器30可以将选择处理更致力于关注高功率突发，以便集中搜索表示复帧边界的初始同步突发。

随后使用前述的共同未决的申请中描述的非线性功率量度来计算所选部分中的累计能量，例如给定仓中的能量。功率计算器32对仓中的相应比特中的累计能量求和。然后，将这个能量和送到累加器34，它将新和与以前的和相加，例如使用迟-早检测来计算不同仓中包含的能量，例如，计算M_i中间隔的同步突发和假想仓i两侧的空间分布量度。随后，使用移位寄存器38来比较累加器34中的和与存储器36中存储的数据，如果符合给定条件(例如累加器34中的和较大)，累加器34中的和可以和存储器36交换。有关特定仓的其它信息，例如，索引信息，也可以存储在存储器36中以引用其中的具体值。

应该理解，前述量度M_i和D_i确定复帧边界相近或相邻而并不需要是确切的比特位置。通过在粗同步中使用上面的量度，发射的比特流中的特定范围、段或部分被选作可能的候选，将选择粗略地限窄在仓大小的区域中。此后使用需要更繁重计算的细同步将同步限窄在比特级。

因此，应该理解将接收的控制信号比特流分为仓大小的片可能会将发射的时隙和其中的仓划分在两个被接收的仓抽样部分中，因此而分裂信号。然而尽管如此，使用前述迟-早量度的本发明的方法和装置也能够快速可靠地确定复帧边界。

还应该理解，可以使用本申请的共同未决申请中阐述的非线性技术更准确地计算前述仓量度。

另外应该理解，虽然在每个复帧中发射的同步突发图样可能包括所有高功率同步突发，但是其它高功率突发(例如来自广播信道)也可以起同步突发的功能。这其中的原因是本发明中使用的能量累计技术不能鉴别能量源，而仅仅是它的出现。因此，如图3A和3B所示，那些通常以普通功率电平发射的广播信道，当以全功率广播时，也起到同步突发的作用。

最后应该理解，用于计算同步仓中的能量和给出能量测量的分布的其它类似方法，如共同未决专利申请(中描述的)，也在本发明的范畴之内。另外，应该理解，除这里描述的具体方法以外，还可以使用其它不同的量度分析。

前面的描述是本发明实现的优选实施例，本发明的范畴不应该被这个描述所限制。本发明的范畴将由下面的权利要求所限定。

Claims (30)

1.通过使用迟-早检测来使接收机与发射机粗同步的方法，接收机和发射机通过通信信道相连，所述方法包括以下步骤：

从发射机在通信信道上发射控制信号，控制信号被分为连续的复帧，每个所述复帧中包括多个离散帧，而每个所述复帧中包括至少一个高功率同步信号；

在接收机检测所述发射步骤期间发射的控制信号；

选择所检测的控制信号中至少一个给定的部分；

在所述至少一个给定部分中计算累计能量；

选择所述检测的控制信号中至少一个以前的部分和至少一个以后的部分，所述至少一个以前和以后的部分分别位于所述检测的控制信号中所述至少一个给定部分的前面和后面；

计算所述至少一个以前和以后部分的累计能量；和

将所述至少一个给定部分中的累计能量分别和所述至少一个以前和所述至少一个以后部分进行比较，所述比较用于确定复帧边界，藉此使所述接收机与发射机及其发射的控制信号粗同步。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于比较步骤包括：

通过将所述至少一个给定部分中的能量和所述至少一个以前部分中的能量之差、以及所述至少一个给定部分中的能量和所述至少一个以后部分中的能量之差相加来计算差分量度，所述差分量度用于确定所述复帧边界。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于所述检测的控制信号被分为多个离散的连续仓，仓i被选作复帧边界，所述各部分每一个包括至少一个仓，所述给定部分的开始包括仓i，并且其中所述计算步骤根据下式计算至少一个所述仓的空间分布量度： $M_i=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{(i+j+S_n)\mathrm{mod}L}$ 其中B表示特定仓中的累计能量，K表示一个时隙中仓的数目，N表示每个所述复帧中离散同步信号的个数，j和n是累加计数器，L表示所述复帧中仓的数目，S_n表示所述复帧中N个同步信号各自的间隔，所述N个同步信号在所述复帧中不均衡分布并在其中形成同步图样，而M_i表示所述同步图样中所有仓的累计能量。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于N的范围从3到8。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于N＝4。

6.根据权利要求3的方法，其特征在于K＝4。

7.根据权利要求3的方法，其特征在于S₀＝0，而S₁到S_n距S₀不均衡地分布在所述复帧中。

8.根据权利要求3的方法，其特征在于所述计算步骤分别根据公式：

      M_{(i－KWP mod L)}和M_{(i＋KWP mod L)}

计算所述至少一个以前和至少一个以后部分中的累计能量，其中W表示所述复帧的每帧时隙数，M_{(i－KWP mod L)}表示位于M_i前P帧的所述至少一个以前部分中的累计能量，而M_{(i＋KWP mod L)}表示位于M_i后P帧的所述至少一个以后部分中的累计能量；并且

其中所述使用迟-早检测比较能量的步骤使用下式：

              D_i＝(M_i－M_{(i－KWP mod L)})＋(M_i－M_{(i＋KWP mod L)})其中D_i表示以仓i作为复帧边界选择的迟-早差分量度，藉此计算每个选作复帧边界的所述复帧中多个其它仓的一系列差分量度，并选取与最大差分量度相对应的仓。

9.根据权利要求3的方法，其特征在于一个时隙中给定仓(B₁)的所述能量量度是使用下式计算的： $B_l=\underset{i=x}{\overset{y}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r_i\right|}^2$ 其中r_i表示接收的信号抽样，而B₁表示从x到y的各自比特中的累计能量。

10.根据权利要求3的方法，其特征在于一个时隙中给定仓(B₁)的所述能量量度是使用下式计算的： $B_l=\underset{x}{\overset{y}{\∫}}{\left|r\left(t\right)\right|}^2\mathrm{dt}$ 其中积分在仓1的时间间隔上从比特x到比特y进行，而r是接收信号抽样在所述间隔上的时间的函数。

11.在具有第一通信站和第二通信站的通信系统中，第一和第二通信站分别通过通信信道连接在一起，第一和第二通信站的电路的组合通过使用迟-早检测来使第二通信站与第一通信站同步，所述电路包括：

位于第一通信站的控制信号发生器，所述控制信号发生器产生并在通信信道上发射控制信号，所发射的控制信号被分为连续的复帧，每个所述复帧包括多个离散帧，并且每个所述复帧中包括至少一个高功率同步信号；

位于第二通信站的控制信号检测器，所述控制信号检测器检测所述控制信号发生器产生并发射的控制信号；

连接到所述检测器的选择器，所述选择器选择检测的控制信号中的至少一个给定部分；

计算装置，用于在所述至少一个给定部分中累加累计能量，并且分别在所述检测控制信号中位于所述至少一个给定部分之前和之后的至少一个以前部分和至少一个以后部分中累加能量；和

用于分别比较所述至少一个给定部分中的累计能量与所述至少一个以前和所述至少一个以后部分的比较器，所述比较器用于确定复帧边界，藉此使所述第二通信站与第一通信站及其所发射的控制信号粗同步。

12.根据权利要求11的通信系统，其特征在于所述计算装置通过将所述至少一个给定部分中的能量和所述至少一个以前部分中的能量之差、与所述至少一个给定部分中的能量和所述至少一个以后部分中的能量之差相加来计算差分量度，所述差分量度用于确定所述复帧边界。

13.根据权利要求11的通信系统，其特征在于所述检测的控制信号被分为多个离散的连续仓，仓i被选作复帧边界，所述各部分每一个包括至少一个仓，所述给定部分的开始包括仓i，并且其中所述计算装置根据下式计算至少一个所述仓的空间分布量度： $M_i=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{(i+j+S_n)\mathrm{mod}L}$ 其中B表示特定仓中的累计能量，K表示一个时隙中仓的数目，N表示每个所述复帧中离散同步信号的个数，j和n是累加计数器，L表示所述复帧中仓的数目，S_n表示所述复帧中N个同步信号各自的间隔，所述N个同步信号在所述复帧中不均衡分布并在其中形成同步图样，而M_i表示所述同步图样中所有仓的累计能量。

14.根据权利要求13的通信系统，其特征在于N的范围从3到8。

15.根据权利要求14的通信系统，其特征在于N＝4。

16.根据权利要求13的通信系统，其特征在于K＝4。

17.根据权利要求13的通信系统，其特征在于S₀＝0，而S₁到S_n距S₀不均衡地分布在所述复帧中。

18.根据权利要求13的通信系统，其特征在于所述计算装置分别根据公式：

       M_{(i－KWP mod L)}和M_{(i＋KWP mod L)}计算所述至少一个以前和至少一个以后部分中的空间分布量度，其中W表示所述复帧的每帧时隙数，M_{(i－KWP mod L)}表示位于M_i前P帧的所述至少一个以前部分中的累计能量，而M_{(i＋KWP mod L)}表示位于M_i后P帧的所述至少一个以后部分中的累计能量；并且根据下式对所述给定部分的仓i计算迟-早检测：

           D_i＝(M_i－M_{(i－KWP mod L)})＋(M_i－M_{(i＋KWP mod L)})其中D_i表示仓i作为复帧边界选择的迟-早差分量度，藉此计算每个选作复帧边界的所述复帧中多个其它仓的一系列差分量度，并选取与最大差分量度相对应的仓。

19.根据权利要求13的通信系统，其特征在于所述计算装置根据下式计算仓能量量度： $B_l=\underset{i=x}{\overset{y}{\mathrm{\Σ}}}|r_i{|}^2$ 其中r_i表示接收的信号抽样，而B₁表示从x到y的各自比特中的累计能量。

20.根据权利要求13的通信系统，其特征在于所述计算装置根据下式计算仓能量量度： $B_l=\underset{x}{\overset{y}{\∫}}{\left|r\left(t\right)\right|}^2\mathrm{dt}$ r_i表示接收的信号抽样，而B₁表示从x到y的各自比特中的累计能量。

21.一种能与发射机同步的接收机，所述接收机包括：

检测传输的控制信号的控制信号检测器，控制信号是由发射机发射的，所发射的控制信号被分为一系列连续的复帧，每个所述复帧包括多个离散帧，并且每个所述复帧中包括至少一个高功率同步信号；

连接到所述检测器的选择器，所述选择器选择所检测的控制信号中的至少一个给定部分；

计算装置，用于在所述至少一个给定部分中测量并累加累计能量，并且分别在所述检测控制信号中位于所述至少一个给定部分之前和之后的至少一个以前部分和至少一个以后部分中累加能量；和

用于分别比较所述至少一个给定部分中的累计能量与所述至少一个以前和所述至少一个以后部分的比较器，所述比较器用于确定复帧边界，藉此使所述第二通信站与第一通信站及其发射的控制信号粗同步。

22.根据权利要求21的接收机，其特征在于所述计算装置通过将所述至少一个给定部分中的能量和所述至少一个以前部分中的能量之差、与所述至少一个给定部分中的能量和所述至少一个以后部分中的能量之差相加来计算差分量度，所述差分量度用于确定所述复帧边界。

23.根据权利要求21的接收机，其特征在于所述检测的控制信号被分为多个离散的连续仓，仓i被选作复帧边界，所述各部分每一个包括至少一个仓，所述给定部分的开始包括仓i，并且其中所述计算装置根据下式计算至少一个所述仓的空间分布量度： $M_i=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{(i+j+S_n)\mathrm{mod}L}$ 其中B表示特定仓中的累计能量，K表示一个时隙中仓的数目，N表示每个所述复帧中离散同步信号的个数，j和n是累加计数器，L表示所述复帧中仓的数目，S_n表示所述复帧中N个同步信号各自的间隔，所述N个同步信号在所述复帧中不均衡分布并在其中形成同步图样，而M_i表示所述同步图样中所有仓的累计能量。

24.根据权利要求23的通信系统，其特征在于N的范围从3到8。

25.根据权利要求24的通信系统，其特征在于N＝4。

26.根据权利要求23的通信系统，其特征在于K＝4。

27.根据权利要求23的通信系统，其特征在于S₀＝0，而S₁到S_n距S_n不均衡地分布在所述复帧中。

28.根据权利要求23的接收机，其特征在于所述计算步骤根据下式计算所述至少一个以前和至少一个以后部分中的累计能量：

    M_{(i－KWP mod L)}和M_{(i＋KWP mod L)}其中W表示所述复帧的每帧时隙数，M_{(i－KWP mod L)}表示位于M_i前P帧的所述至少一个以前部分中的累计能量，而M_{(i＋KWP mod L)}表示位于M_i后P帧的所述至少一个以后部分中的累计能量；并且

其中所述使用所述迟-早检测比较能量的步骤使用下式：

               D_i＝(M_i－M_{(i－KWP mod L)})＋(M_i－M_{(i＋KWP mod L)})其中D_i表示仓i作为复帧边界选择的迟-早差分量度，藉此计算每个选作复帧边界的所述复帧中多个其它仓的一系列差分量度，并选取与最大差分量度相对应的仓。

29.根据权利要求23的接收机，其特征在于一个时隙中给定仓(B₁)的所述能量量度是使用下式计算的： $B_l=\underset{i=x}{\overset{y}{\mathrm{\Σ}}}{{|r}_i|}^2$ 其中r_i表示接收的信号抽样，而B₁表示从x到y的各自比特中的累计能量。

30.根据权利要求23的接收机，其特征在于一个时隙中给定仓(B₁)的所述能量量度是使用下式计算的： $B_l=\underset{x}{\overset{y}{\∫}}|{r\left(t\right)|}^2\mathrm{dt}$ 其中积分在仓1的时间间隔上从比特x到比特y进行，而r是接收信号抽样在所述间隔上的时间的函数。

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